建筑材料的基本性能第一章第二節(jié)

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1、第二節(jié) 建筑材料的基本性能主要介紹建筑材料的基本物理性質、力學性能、材料的耐久性以及有關參數、性能指標和計算公式等，通過對材料基本性能的了解與掌握，為今后的學習與實踐打下一定的基礎。 本節(jié)提要 本 章 內 容1.1 材料的基本物理性質1.2 材料的力學性質1.3 材料的耐久性 1.1 材料的基本物理性質材料在絕對密實狀態(tài)下（內部不含任何孔隙），單位體積的質量稱為材料的密度，以表示。其計算式為：絕對密實狀態(tài)下的體積，是指不包括材料內部孔隙的固體物質的真實體積。 1.1.1 材料的基本物性參數1.1.1.1 密度mV 表觀密度是指材料在自然狀態(tài)下，單位體積所具有的質量，其計算式為： 表觀體積是指包

2、含材料內部孔隙在內的體積。對外形規(guī)則的材料，其幾何體積即為表觀體積；對外形不規(guī)則的材料，可用排水法測定。一般所指的表觀密度，是以干燥狀態(tài)下的測定值為準。 1.1.1.2 表觀密度0 0mV 堆積密度（舊稱松散容重），是指散狀（粉狀、粒狀或纖維狀）材料在自然堆積狀態(tài)下單位體積（包含了顆粒內部的孔隙即顆粒之間的空隙）所具有的質量。其計算式為： 常用建筑材料的基本物理參數見表1.1。1.1.1.3 堆積密度 0 0mV 表1.1 常用建筑材料的密度、表觀密度、堆積密度和孔隙率 材料 密度(kg/m3) 表觀密度0(kg/m3) 堆積密度0(kg/m3)孔隙率(%)石灰?guī)r 2.60 18002600

3、_ _花崗巖 2.602.90 25002800 _ 0.53.0碎石(石灰?guī)r) 2.60 _ 14001700 _砂 2.60 _ 14501650 _普通粘土磚 2.502.80 16001800 _ _粘土空心磚 2.50 10001400 _ _ 材料 密度(kg/m3) 表觀密度0(kg/m3) 堆積密度0(kg/m3)孔隙率(%)水泥 3.10 _ 12001300 _普通混凝土 _ 21002600 _ 520木材 1.55 400800 _ 5575鋼材 7.85 7850 _ 0泡沫塑料 _ 2050 _ _玻璃 2.55 _ _ _續(xù)表1.1 (1) 密實度 密實度是指材料

4、體積內被固體物質所充實的程度，也就是固體物質的體積占總體積的比例，以D表示。其計算式為： 1.1.1.4 密實度與孔隙率 00 100%VD V (2) 孔隙率 孔隙率是指材料體積內孔隙體積占材料總體積的百分率，以P表示。其計算式為： 0 00 01 (1 ) 100%V V VP V V 材料的總體積是由該材料的固體物質與其所包含的孔隙所組成的。建筑材料的許多性能如強度、吸水性、耐久性、導熱性等均與材料的孔隙有關。孔隙按其尺寸大小又可分為微孔、細孔和大孔。 幾種常用建筑材料的孔隙率見表1.1。 1P D (1) 填充率 填充率是指散粒狀材料在其堆積體積內，被其顆粒填充的程度，以D表示。其計算

5、式為： 1.1.1.5 填充率與空隙率 00 100%VD V (2) 空隙率 空隙率是指散粒狀材料在堆積體積中，顆粒之間的空隙體積占堆積體積的百分率，以P表示。 其計算式為： 0 0 0 00 0 01 (1 ) 100%V V VP V V 空隙率的大小反映了散粒狀材料的顆粒之間相互填充的致密程度。 1P D 填充率與空隙率的關系為： 潤濕是水在材料表面被吸附的過程，材料被水潤濕的程度可用潤濕角表示，如圖1.1所示。 一般認為，潤濕角90（如圖1.1（a）所示）的材料為親水性材料。反之，90時，表明該材料不能被水潤濕，稱為憎水性材料(如圖1.1（b）所示)。 1.1.2 材料與水有關的性質

6、1.1.2.1 親水性與憎水性 圖1.1材料的潤濕示意圖 (a)親水性材料；（b）憎水性材料 (1) 吸水性材料在浸水狀態(tài)下吸入水分的能力稱為吸水性。吸水性的大小，以吸水率表示，有兩種表示方法：質量吸水率和體積吸水率。 質量吸水率材料吸水達飽和時，其所吸收水分的質量占材料干燥時質量的百分率，可表示為： 1.1.2.2 吸水性與吸濕性100%m mW m 干濕質干 體積吸水率是指材料體積內被水充實的體積。即材料吸水達飽和時，所吸收水分的體積占干燥材料自然體積的百分率，可按下式計算：0 0V 1100%= 100%V Vm mW 水干濕體水質量吸水率與體積吸水率有如下的關系： 0 01W W W

7、體質質水 (2) 吸濕性材料在潮濕空氣中吸收水分的性質稱為吸濕性。吸濕性的大小可用含水率表示。材料所含水的質量占材料干燥質量的百分率，稱為材料的含水率，可用下式計算： 100%m mW m 干含含干 材料長期在飽和水作用下而不破壞，其強度也不顯著降低的性質稱為耐水性。一般材料隨著含水量的增加，會減弱其內部的結合力，強度也會不同程度地降低。材料的耐水性用軟化系數表示，可按下式計算： 1.1.2.3 耐水性K ff 飽軟干 材料抵抗壓力水滲透的性質稱為抗?jié)B性（或不透水性），可用滲透系數K表示。材料的透水性可用達西定律來描述，即在一定時間內，透水材料試件的水量與試件的斷面積及水頭差（液壓）成正比，與

8、試件的厚度成反比?？捎孟率奖硎荆?1.1.2.4 抗?jié)B性W K 100%h hW K Atd Ath 或 滲透系數反映了材料抵抗壓力水滲透的性質。滲透系數越大，材料的抗?jié)B性越差。對于混凝土和砂漿材料，抗?jié)B性常用抗?jié)B等級p表示。材料抗?jié)B性的好壞與材料的孔隙率和孔隙特征有關 。 抗凍性是材料抵抗凍融循環(huán)作用，保持其原有性能的能力。對結構材料，主要指保持強度的能力，并以抗凍標號來表示?？箖鰳颂柺怯貌牧显谖柡蜖顟B(tài)下（最不利狀態(tài)），經凍融循環(huán)作用，強度損失和質量損失均不超過規(guī)定值時，所能抵抗的最多凍融循環(huán)次數來表示，記作D25、D50、D100、D150等。 1.1.2.5 抗凍性 材料抗凍性的高低

9、決定于材料的吸水飽和程度和材料對結冰體積膨脹所產生的壓力的抵抗能力?？箖鲂猿Ｗ鳛榭疾椴牧夏途眯缘囊粋€指標。 材料的強度愈高，耐水性愈好，其抗凍性愈好。 材料傳導熱量的能力，稱為導熱性。材料導熱能力的大小可以用導熱系數（）表示。導熱系數在數值上等于厚度為1m的材料，當其相對兩側表面的溫度差為1K時，經單位面積（1m2）單位時間（1s）所通過的熱量。1.1.3 材料的熱工性質1.1.3.1 導熱性 材料的導熱系數除與其本身的性質、結構、密度有關外，還與材料的含水率及環(huán)境溫度等有關。 2 1( )QAt T T 可用下式表示： 材料加熱或冷卻時，吸收或放出熱量的性質，稱為熱容量。熱容量的大小用比熱容

10、（也稱熱容量系數，簡稱比熱）表示，比熱容表示1g材料，溫度升高1K時所吸收的熱量，或降低1K時放出的熱量。材料吸收或放出的熱量和比熱，可用下式計算： 1.1.3.2 比熱容 2 1( )Q cm T T 2 1( )Qc m T T 比熱是反映材料的吸熱或放熱能力大小的物理量。 常見建筑材料的熱工指標見表1.2。 表1.2幾種典型材料的熱工性質指標 材料 導熱系數(W/（mK）) 比熱容(J/（gK）) 鋼材58 0.48銅材370 0.38花崗巖3.49 0.92混凝土1.51 0.84燒結普通磚0.8 0.88松木0.170.36 2.72泡沫塑料0.03 1.30冰2.20 2.05水0

11、.6 4.19 密閉空氣0.023 1.00 在建筑工程中常把1/稱為材料的熱阻，用R表示。導熱系數和熱阻都是評定建筑材料保溫隔熱性能的重要指標。材料的導熱系數越小，其熱阻越大，則材料的保溫隔熱性能越好。常將0.175W/（mK）的材料稱為絕熱材料。 1.1.3.3 材料的保溫隔熱性 聲能穿透材料和被材料消耗的性質稱為材料的吸聲性，用吸聲系數(吸收聲功率與入射聲功率之比)表示。吸聲系數越大，材料的吸聲性越好。吸聲系數與聲音的頻率和入射方向有關。通常使用的六個頻率為125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz。 1.1.4 材料的聲學性質1.1.4.1 吸聲性 一

12、般將上述6個頻率的平均吸聲系數0.20的材料稱為吸聲材料。最常用的吸聲材料大多為多孔材料。影響材料吸聲效果的主要因素有： (1) 材料的孔隙率和體積密度 (2) 材料的孔隙特征 (3) 材料的厚度 (1) 隔空氣聲透射聲功率與入射聲功率的比值稱為聲透射系數，用表示，該值越大則材料的隔聲性越差。材料的隔聲能力用隔聲量R（R=10lg(1/)來表示，單位為dB。與聲透射系數相反，隔聲量越大，材料的隔聲性能越好。 1.1.4.2 隔聲性 (2) 隔固體聲固體聲是由于振源撞擊固體材料，引起固體材料受迫振動而發(fā)聲，并向四周輻射聲能。固體聲在傳播過程中，聲能的衰減極少。彈性材料如地毯、木板、橡膠片等具有較

13、高的隔固體聲的能力。 1.2 材料的力學性質材料的力學性能，就是指材料在外力（荷載）作用下，抵抗破壞和變形的能力。 1.2.1 材料的強度材料因抵抗外力（荷載）作用而引起破壞的最大能力，即為該材料的強度。其值是以材料受力破壞時單位面積上所承受的力表示。計算式為： Ff A 材料在建筑物上所承受的力，主要有拉力、壓力、彎曲力及剪應力等。材料抵抗上述外力破壞的能力，分別稱為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪強度。靜力強度的分類和計算公式見表1.3。大部分建筑材料，根據極限強度的大小，可劃分為若干不同的強度等級。 材料的強度與材料本身的組成、結構和構造等有很大關系。鋼材的抗拉、抗壓強度都很高，如表1.4所示。

14、表1.3靜力強度分類 強度類別 舉例 計算式 附注 抗壓強度fc(MPa) fc=F/A F破壞荷載(N)A受荷面積(mm2) l跨度(mm) b斷面寬度(mm)h斷面高度(mm) 抗拉強度ft(MPa) ft=F/A抗剪強度f v(MPa) fv=F/A抗彎強度ftm(MPa) ftm=3Fl/(2bh2) 表1.4 鋼材、木材和混凝土的強度比較 材料 表觀密度0（kg/m3） 抗壓強度fc（MPa） 比強度fc/0 普通混凝土 2400 29.4 0.012低碳鋼 7860 415 0.053松木 500 34.3(順紋) 0.069 材料在外力作用下產生變形，當外力取消后，材料變形即可消

15、失并能完全恢復原來形狀的性質，稱為彈性。這種當外力取消后瞬間即可完全消失的變形，稱為彈性變形。 這種變形屬于可逆變形，其數值的大小與外力成正比。其比例系數E稱為彈性模量。 1.2.2 材料的彈性和塑性 在彈性變形范圍內，彈性模量E為常數，其值等于應力與應變的比值，即： 材料在外力作用下產生變形，但不破壞，并且當外力停止作用后，不能自動恢復原來形狀的性質，稱為塑性。這種不能消失的變形稱為塑性變形或不可恢復變形。 E 在外力作用下，當外力達到一定限度后，材料突然破壞而又無明顯的塑性變形的性質，稱為脆性。在沖擊、震動荷載作用下，材料能吸收較大的能量，產生一定的變形而不致破壞的性質，稱為韌性。韌性值可

16、用材料受荷載達到破壞時所吸收的能量來表示，即： 1.2.3 材料的脆性和韌性 kk AA 硬度是材料表面抵抗其他物體壓入或刻劃的能力。硬度的測定方法有刻劃法和壓入法。 按刻劃法，材料的硬度可劃分為110級(莫氏硬度)。木材、混凝土、鋼材等的硬度常用鋼球壓入法測定（布氏硬度HB）。 耐磨性是材料表面抵抗磨損的能力，常用磨損率表示： 1.2.4 材料的硬度和耐磨性 1 2m mB A 1.3 材料的耐久性材料長期抵抗各種內外破壞因素或腐蝕介質的作用，保持其原有性質的能力稱為材料的耐久性。材料的耐久性是材料的一項綜合性質，一般包括耐水性、抗?jié)B性、抗凍性、耐腐蝕性、抗老化性、耐熱性、耐溶蝕性、耐磨性等多項性能。破壞作用一般可分為物理作用、化學作用和生物作用等。 n物理作用包括干濕交替、凍融循環(huán)、光、電、熱、溫度差、濕度差等，這些都將引起材料的膨脹、收縮或產生內應力。n化學作用包括各種酸、堿、鹽及其水溶液以及各種腐蝕性氣體對材料產生的破壞作用。n生物作用是指昆蟲、菌類等對材料所產生的蛀蝕、腐朽等破壞作用。